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SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 1

DISCIPLINA DE SANEAMENTOAULA 9 / SUMÁRIO

AULA 9

REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA(WATER DISTRIBUTION NETWORKS)

�Funções e tipos de redes de distribuição;

�Topologia da rede;

�Formulação das condições de equilíbrio hidráulico: equações dostroços, equações dos nós e equações das malhas.

�Apresentação do EPANET: Potencialidades do software;

Redes.1


DISCIPLINA DE SANEAMENTO

Funções e tipos de redes de distribuição

Functions and types OF water supply networks

Redes.2


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

Rede de distribuição de água: um sistema de tubagens e elementos acessórios instalados na via pública, em terrenos da entidade distribuidora ou em outros sob concessão especial, cuja utilização interessa ao serviço público de abastecimento de água potável.

Ramal domiciliário: tubagem que assegura o abastecimento predial de água, desde a rede geral pública até ao limite da propriedade a servir.

Household connection branch

A rede geral de distribuiçãoalimenta, através de ramaisdomiciliários, os diversos edifíciosou instalações a servir.

Redes.3


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA / TRAÇADO EM PLANTA

Redes.4


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA / CLASSIFICAÇÃO

Redes ramificadas | branched networks

� só há um percurso possível entre o reservatório e qualquer ponto da rede

Vantagens | advantages

� requer menor número de acessórios (lower number of appurtenances)

�permite que se adoptem os diâmetros económicos (smaller diameters)

�dimensionamento hidráulico simples (simpler design calculations)

Inconvenientes | inconvenients

�acumulação de sedimentos nos pontos terminais (accumulation of sediments at the ends)

�no caso de avaria, todo o abastecimento é interrompido para jusante (in case of break the entire supply downstream is interrupted)

�pressão insuficiente no caso de aumento (ou variação) das solicitações de consumo (insufficient pressure in case of increase or variations in consumptios)

Redes.5


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA / CLASSIFICAÇÃO

Redes emalhadas (ou malhadas) | looped networks

� as condutas fecham-se sobre si mesmasconstituindo malhas (circuitos fechados)

Vantagens | advantages

�permite escoamento bidireccional

(allow flow in both directions)

�no caso de avaria numa tubagem, não se interrompe o escoamento para jusante (during breaks part of the network is still in service)

�efeitos pouco significativos, em termos de pressão, quando ocorrem grandes variações de consumos (lower pressure variations when significant consumption variations occur)

Inconvenientes | inconvenients

�exige uma maior quantidade de tubagens e acessórios (need for more pipes and appurtenances)

�o cálculo hidráulico é mais complexo (more complex hydraulic calculations)Redes.6


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / TOPOLOGIA

Components

Reservatório (tank) ponto de alimentação ou de consumo pontual que se caracteriza

por condicionar as cotas piezométricas na rede de distribuição;

Nó (node) : ponto de alimentação ou de consumo pontual, ou de ligação de dois

ou mais trechos;

Trecho (pipe) : segmento de conduta que ligam dois ou mais nós (de cota

piezométrica fixa ou condicionada) e que se caracteriza por ter um

caudal constante ou uniformemente distribuído;

Malha (loop) : conjunto de trechos que forma um circuito fechado.

Redes.7


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / CLASSIFICAÇÃO

Redes ramificadas Redes emalhadas Redes mistasBranched networks Looped networks Mixed networks

T = M + N + F -1

T = 21 + 4 + 2 -1 = 26

Trechos (T)…………………………… = 26Nós de junção (N) ……………………. = 21Reservatórios (F)……………………… = 2Malhas naturais (M) ………………….. = 4Malhas imaginárias…………………… = 1

T = 10 + 4 + 2 -1 = 15

Trechos (T)……………………………. = 15Nós de junção (N) ……………………. = 10Reservatórios (F)……………………… = 2Malhas naturais (M) ………………….. = 4Malhas imaginárias…………………… = 1

T = 8 + 1 -1 = 8

Trechos (T)…………………………… = 8Nós de junção (N) …………………… = 8Reservatórios (F)……………………. = 1Malhas naturais (M) …………………. = 0Malhas imaginárias…………………… = 0

Redes.8



Equações para descrever o equilíbrio hidráulico

Equations to describe the hydralic equilibrium

Redes.9


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / FORMULAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIDRÁULICO

Equações dos Troços | Pipe equations (number of unknown variables)

Os caudais em cada troço são as incógnitas (T incógnitas)Flows are the unknow variables

Equações dos Nós | Node equations

As cotas piezométricas em cada nó são as incógnitas (N incógnitas)Piezometric heads are the unknow variables

Equações das Malhas | Loop equations

As correcções de caudal em cada malha são as incógnitas (M+F-1 incógnitas)Flow corrections are the unknow variables

T = M + N + F -1

Redes.10



Equações dos Troços | Pipe equations

Equação da continuidade em cada nó (lei dos nós)

ou

Equação da conservação da Energia (lei das malhas)

T = M + N + F -1

( ) ( )

<

>=−

=

∑∑

∑=

0

0

1

j

j

jdivijconvij

j

NC

iij

C

CCQQ

CQ

Saída de caudal

Entrada de caudal

N equações lineares da continuidade

∑∑

∑∑

∑∑

−+−+

==

==

==

∆=∆∆=∆

=∆=∆

=∆=∆

)FM()FM(

MM

NT

i

nii

NT

ii

NT

i

nii

NT

ii

NT

i

nii

NT

ii

ZQCZH

...

QCH

...

QCH

11

11

11

11

11

00

00 Malha 1…

Malha M…

Malha (M+F-1)

M+F-1 equações não lineares da conservação da energia

Redes.11



Equações dos Troços - Exemplos

Os caudais em cada troço são as incógnitas (neste caso, 4 incógnitas)

Q01 - Q12 - Q13 + 0 = C1

0 + Q12 + 0 - Q23 = C2

0 + 0 + Q13 + Q23 = C3

0 + K12 ( Q12 ) n - K13( Q13 ) n + K23( Q23 ) n = 0

Q23

N

(0)(1)

(2)

(3)

Q01Q13

Q12

C1

C2

C3

1 equação não linear da conservação da energia

3 equações lineares da continuidade lineares

Redes.12



Equações dos Nós | Node equations

Equação da continuidade em cada nó (lei dos nós)

Para a fórmula de Manning tem-se:

Substituindo nas equações da continuidade tem-se:

( ) ( ) jdivijconvij CQQ =∑−∑

2/1

2/1

3/22/13/2

−=

−××=×××=

ij

jiij

ij

jiijijijijijijijij

C

HHQ

L

HHRSKJRSKQ

N equações não linearesj

div

n

ij

ji

conv

n

ij

jiC

C

HH

C

HH=

∑

−−

∑

−/1/1

Redes.13



Equações dos Nós - Exemplo

As cotas piezométricas em cada nó são as incógnitas (3 incógnitas)

Q01 - Q12 - Q13 + 0 = C1

0 + Q12 + 0 - Q23 = C2

0 + 0 + Q13 + Q23 = C3

3 equações da continuidade não lineares

Q23

N

(0)(1)

(2)

(3)

Q01

Q13

Q12

C1

C2

C3

3

/1

23

32/1

13

31

2

/1

23

32/1

12

21

1

/1

13

31/1

12

21/1

01

1

CC

HH

C

HH

CC

HH

C

HH

CC

HH

C

HH

C

HN

nn

nn

nnn

=

−+

−

=

−−

−

=

−−

−−

−

Redes.14



Equações das Malhas | Loop equations

Considera-se que Qoi são os caudais arbitrados, de forma a obedecer àsequações da continuidade. nos diferentes trechos da rede (i=1,2,…,T), emque T é o número de trechos (assume flow in pipes as Qoi )

11 1

1

1 1

1 1

)1(

1

...

0

...

0

−= =

= =

= =

∆=∑

∑∆+

∑ =

∑∆+

=∑

∑∆+

−+

F

NT

i

nM

Jjoi

NT

i

nM

Jjoii

NT

i

nM

Jjoii

ZQQC

QQC

QQC

FM

M

M+F-1 equações não lineares

Malha 1…

Malha M…

Malha (M+F-1)

Redes.15



Equações das Malhas - Exemplo

K12 (Q012 + ∆Q1 )n + K23 (Q023 +∆Q1 )n + K13 ( -Q013 + ∆Q1 - ∆Q2 )n = 0

K13(Q013 + ∆Q2 - ∆Q1 )n + K43 ( -Q043 + ∆Q2 )n + K14 ( -Q014 + ∆Q2 )n = 0

2 equações não lineares

Q43

N

(0)

(1)

(2)

(3)

Q01Q13

Q12C1

C2

C3

(4) C4

Q23

Q14

∆Q1

∆Q2

As correcções de caudal cada malha são as incógnitas

(M + F - 1 incógnitas)

Redes.16


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO / EPANET 2.0

ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY

É um programa de computador que permite executar simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico e de qualidade da água de sistemas de distribuição em pressão

Permite obter:

� caudal em cada tubagem;

� pressão em cada nó;

� altura em cada reservatório de nível variável;

� concentração de substâncias na rede;

� idade da água;

� rastreio da origem da água.

Links:

EPA: http://www.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html#Description

LNEC: http://www.dha.lnec.pt/nes/epanet/#Downloads

Redes.17



AULA 10

REDE DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

� Traçado em Planta.

� Traçado em Planta no AutoCAD e importações para EPANET

� Procedimentos de conversão de ficheiros DXF para ficheiros INP(utilização do DXF2EPA).

� Imputação de consumos.

Redes.18



Aspectos de traçado da rede

water supply network MAP – General aspects

Redes.19


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / IMPLANTAÇÃO

Plant layout Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 24º | Plant view layout

1.A implantação das condutas da rede de distribuição emarruamentos deve fazer-se em articulação com as restantes infra-estruturas e, sempre que possível, fora das faixas de rodagem;(outside roads)

2.As condutas da rede de distribuição devem ser implantadas emambos os lados dos arruamentos, podendo reduzir-se a umquando as condições técnico-económicas o aconselhem, e nuncaa uma distância inferior a 0,80 m dos limites das propriedades;(both sides of the street and >0.8 m from property limits)

3.A implantação das condutas deve ser feita num plano superiorao dos colectores de águas residuais e a uma distância nãoinferior a 1 m, de forma a garantir protecção eficaz contra possívelcontaminação, devendo ser adoptadas protecções especiais emcaso de impossibilidade daquela disposição. (>1m abovewastewater pipes)

Redes.20


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / PROFUNDIDADE

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 25º | Depth

1.A profundidade de assentamento das condutas não deve ser inferior a 0,80m, medida entre a geratriz exterior superior da conduta e o nível dopavimento (>0.8 m from the pavement to the uper part of the pipe)

2.Pode aceitar-se um valor inferior ao indicado desde que se protejamconvenientemente as condutas para resistir a sobrecargas ou a temperaturasextremas (lower values are accepted as long as pipes are protected)

3.Em situações excepcionais, admitem-se condutas exteriores ao pavimentodesde que sejam convenientemente protegidas mecânica, térmica esanitariamente (surface pipes are accepted in speciall circumstances as longas pipes are protected)

Redes.21


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / CADASTRO

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 9ºRecords

1.Na elaboração de estudos de sistemas de distribuição

de água deve ter-se em consideração os elementos

constantes dos respectivos cadastros.

2.Os cadastros devem estar permanentemente

actualizados e conter, no mínimo (records should be up

to date and contain a minimum information of):

a)A localização em planta das condutas, acessórios e instalações complementares, sobre carta

topográfica a escala compreendida entre 1:500 e 1:2 000, com implantação

de todas as edificações e pontos importantes; (plant view location)

b)As secções, profundidades, materiais e tipos de junta das condutas (section, depth, materials

and types of joints)

c)A natureza do terreno e condições de assentamento (type of soil and placement conditions)

d)O estado de conservação das condutas e acessórios (condition of pipes and appurtenences)

e)A ficha individual para os ramais de ligação e outras instalações do sistema (household

connections description)

3.Os cadastros podem existir sob a forma gráfica tradicional ou informatizados (records can be

on paper or digital formats)Redes.22


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA

Web

Desktop

Mobile

SIG

A10.6


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAASPECTOS GERAIS DE TRAÇADO – apoio ao trabalho prático

1. O traçado da rede em planta deve garantir que todas as habitações são servidas

simplificação académica: uma conduta em cada rua, excepto para avenidas muito

largas;

2. Localizar o reservatório e traçar a rede a partir daí;

3. Traçar um rede mista, com pelo menos duas malhas

4. Implantação no passeio, a 80 cm das habitações

5. Definir nós de cálculo:

1. Nos cruzamentos ou entroncamentos;

2. Em condutas muito extensas, considerar nós intermédios.

3. Entre nós consecutivos utilizar polylines distintas

Redes.24


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAINTRODUÇÃO DO TRAÇADO EM PLANTA E TOPOLOGIA DA REDE NO EPANET

Notas: Recomendações para o trabalho prático

O EPANET permite diversas formas de introdução de dados, nomeadamente:

1. A introdução de uma rede esquemática directamente através da interface do EPANET

(seguir manual do EPANET);

2. A introdução de uma rede desenhada no próprio EPANET (seguir manual

do EPANET), utilizando como imagem de fundo um ficheiro do tipo metafile (seguir

Capítulo 7 do manual do EPANET);

3. Introduzir um ficheiro de AutoCAD com lines (e polylines)

à escala adequada e transformá-lo, com o utilitário

DXF2EPA, num ficheiro tipo *.INP (ficheiro ASCII

que pode ser lido pelo EPANET);

4. Introduzir um ficheiro de Excel com o formato dos

ficheiros *.INP e exportá-lo para um ficheiro TXT

com a extensão *.INP.

Redes.25


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUATRAÇADO EM PLANTA NO AUTOCAD E IMPORTAÇÕES PARA EPANET

Nota: Recomendações para o Trabalho Prático

� Geração de dados no EPANET a partir do CAD

� Software DXF2EPA (disponível na web) permite a conversão de desenhos de CAD gravados em formato .dxf em formato .net (ficheiro ASCII lido pelo EPANET).

� Só é possível converter o traçado em termos de condutas e nós; os outros elementos têm de ser introduzidos usando o EPANET.

� É necessário ter alguns cuidados no traçado do sistema em CAD e na utilização do DXF2EPA, nomeadamente a utilização de alguns dos Regional Settings dos EUA:

• no Control Panel > Regional Settings usar;

– o ponto “.” como separador decimal;

– a vírgula “,” como “digit grouping symbol”;

– a vírgula “,” como “list separator”;

• no traçado da rede em CAD cada trecho temque ser uma polyline diferente.

Traçado correcto (polylines diferentes para cada trecho)

Redes.26




Passos Recomendados para o traçado em CAD:

1.Verificar se está a trabalhar na escala certa;

2.Desenhar a rede em AutoCAD com a escala certa usando polylines;

3.Garantir, no traçado da rede, que dois nós consecutivos estão interligados por uma polyline e que a trechos diferentes correspondem polylinesdiferentes;

4.Garantir que as camadas (layers) seleccionadas para o traçado da rede não incluem outro tipo de informação.

Traçado correcto (polylines diferentes para trechos diferentes)

Traçado incorrecto(a mesma polyline para dois trechos diferentes)

Redes.27




5. Exportar o ficheiro de AutoCAD para um ficheiro *.DXF no formatoAUTOCAD R12;

6. Exportar o ficheiro DXF para ficheiro de extensão NET, a utilizar noEPANET.

Utilização do software DXF2EPA.

Redes.28


Aula Prática da Semana:

� Preparação Prévia:

� Colocação de acessórios no perfil longitudinal;

� Terminar o Projecto 1.

� Objectivos da Semana:

� Distribuição e dos Enunciados e das Plantas.

� Implantação da rede de distribuição.

� Instalar EPANET nos computadores.

� Descarregar o manual do utilizador do EPANET.

� Aprender a utilizar o EPANET com a ajuda da “Visita Guiada” do capítulo introdutório do Manual.

DISCIPLINA DE SANEAMENTOPROJECTO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR (SEMANA 7)

Redes.29



AULA 11

REDE DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

� Imputação de consumos (design flow)

� Critérios de dimensionamento de redes de distribuição de água.Diâmetros mínimos. (design criteria and minimum diameters)

� Verificação ao Incêndio. (Fire fighting verification)

Redes.30



Caudais de dimensionamento

Design flows

Redes.31


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSUMOS E CAUDAIS DE PROJECTO

A rede de distribuição é dimensionada para o caudal de ponta instantâneo (Qp ) | instant peak flow

Qp = fp x Qm [L3/T-1]

em que

(instant peak factor)

Popf p

702 +=

População f p

500 5,131.000 4,212.000 3,575.000 2,99

10.000 2,7050.000 2,31

100.000 2,22500.000 2,10

Redes.32


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAAFECTAÇÃO DOS CONSUMOS A NÓS DE CÁLCULO

Para a distribuição dos caudais consumidos pela rede, deve atender-se aos:

� consumos domésticos;

� consumos comerciais;

� consumos industriais. (só se forem importantes)

A distribuição dos consumos domésticos pode ser efectuada:

� áreas consumidoras - imputando a cada nó a população correspondente à sua área de influência, tendo em conta a densidade de população nas diferentes áreas;

� comprimentos fictícios - utilizando o conceito de consumo de percurso e considerando que o consumo do trecho é directamente proporcionalao comprimento fictício desse trecho (quanto maioro consumo do trecho maior o comprimento fictício do trecho).

Redes.33



O comprimento fictício que é obtido da seguinte forma:� o comprimento fictício é igual ao comprimento real do troço vezes o

número de pisos (Lf = L x N), nas condutas com serviço de percurso deambos os lados (k =1);

� o comprimento fictício é metade do comprimento real do troço vezes onúmero de pisos (Lf = 0,5 L x N), nas condutas com serviço de percursodum só lado (k =0,5);

� o comprimento fictício é nulo para condutas semserviço de percurso (Lf = 0) (k =0).

A partir da definição dos comprimentos fictícios ostroços, é possível determinar o caudal de percurso unitário (Qup),

sendo:Qup - caudal de percurso unitário [L/(s.m)]Qtotal - caudal de ponta instantâneo total a distribuir pelos trechos (L/s)Lfi - comprimento fictício no troço de tubagem i (m)i - número do trecho de tubagem na rede de distribuição (-)

∑=

i

totalup

Lf

QQ

k=1,0k =0,5

k=0

Redes.34



Caudal consumido em cada trecho de tubagem i:

Para imputar o caudal aos nós poder-se-á concentrar, por exemplo:

� 1/2 do consumo do trecho no nó de montante;

� 1/2 do consumo do trecho no nó de jusante.

∑=

i

totalup

Lf

QQ

iupi LfQQ .=

totaliupi QLfQQ ==∑∑

nó i

Redes.35




1. Determinar os comprimentos fictícios de cada troço, o Caudal unitário depercurso Qup, o Caudal consumido em cada trecho Qtrechoij;

2. Imputar o caudal médio consumido em cada trecho aos nós de montantee de jusante pode ser efectuado recorrendo a uma matriz (Nº trechos xNº Nós) em Excel do tipo da indicada de seguida;

Redes.36




3. O dimensionamento da rede é efectuado para o caudal de pontainstantâneo mas no EPANET é mais fácil e flexível considerar que ocaudal imputado a cada nó é o caudal médio. Para simular o caudal deponta o EPANET permite a aplicação de um factor (factor de pontainstantâneo) que afecta os caudais imputados a cada nó.

(este procedimento facilita a posterior verificação da rede ao caudal deincêndio)

Redes.37


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 21º / Critérios de velocidade

Velocity criteria

1.No dimensionamento hidráulico deve ter-se em consideração aminimização dos custos, que deve ser conseguida através de umacombinação criteriosa de diâmetros, observando-se as seguintes regras:

a)A velocidade de escoamento para o caudal de ponta no horizonte deprojecto não deve exceder o valor calculado pela expressão: (maximumspeed for design period)

V = 0,127 D0,4

onde V é a velocidade limite (m/s) e D o diâmetro interno da tubagem (mm);

b)A velocidade de escoamento para o caudal de ponta no ano de início deexploração do sistema não deve ser inferior a 0,30 m/s e nas condutas ondenão seja possível verificar este limite devem prever-se dispositivosadequados para descarga periódica;

minimum speed for year zero is 0.3 m/s and in pipes were this constraintcannot be met periodic discharges should be made.



Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 21º / Critérios de pressões

Pressure criteria

c) A pressão máxima, estática ou de serviço, em qualquer ponto de utilizaçãonão deve ultrapassar os 600 kPa medida ao nível do solo; (maximumpressure at ground level)

d)Não é aceitável grande flutuação de pressões em cada nó do sistema,impondo-se uma variação máxima ao longo do dia de 300 kPa; (maximumpressure fluctuations in each day)

e)A pressão de serviço em qualquer dispositivo de utilização predial para ocaudal de ponta não deve ser, em regra, inferior a 100 kPa, o que, na redepública e ao nível do arruamento, corresponde aproximadamente a:

H = 100 + 40 n

onde H é a pressão mínima (kPa) e n o número de pisos acima do solo,incluindo o piso térreo; em casos especiais, é aceitável uma redução daquelapressão mínima, a definir, caso a caso, em função das características doequipamento. (minimum service/dynamic pressure where H is minimumpressureand n the number of floors above ground level)



Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 23º / Diâmetros mínimos

Minimum diameters

1.Os diâmetros nominais mínimos das condutas de distribuição são osseguintes: (minimum nominal diameters according to population size)

a) 60 mm em aglomerados com menos de 20 000 habitantes;

b) 80 mm em aglomerados com mais de 20 000 habitantes.

2.Quando o serviço de combate a incêndios tenha de ser assegurado pelamesma rede pública, os diâmetros nominais mínimos das condutas são emfunção do risco da zona e devem ser: minimum nominal diameters when firefighting is also to be considered depend on the risk level

a)80 mm - grau 1;

b)90 mm - grau 2;

c)100 mm - grau 3;

d)125 mm - grau 4;

e)≥ 150 mm - grau 5.



Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 22º / Situações de incêndio

Fire fight situations

Nas situações de incêndio:

�não é exigível qualquer limitação de velocidades nas condutas e (no velocity limits)

�admitem-se alturas piezométricas inferiores a 100 kPa. (piezometric heads can be lower than 100 kPa, but not negative)

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 18º / Volumes de água incêndio

Fire fight flows to consider

2 - O caudal instantâneo a garantir para combate a incêndios, em função do grau de risco, é de:

a) 15 L/s - grau 1;

b) 22,5 L/s - grau 2;

c) 30 L/s - grau 3;

d) 45 L/s - grau 4;

e) a definir… - grau 5.


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / DEFINIÇÃO DE PATAMARES DE PRESSÃO

� No traçado da rede deve-se ter em atenção os desníveis topográficos:

� se os desníveis na zona edificada forem superiores a 40 m ereservatório localizado dentro desta zona, deve-se dividir a rede emduas zonas (ou mais) independentes, interligadas, mas cada uma comum ou dois pontos de alimentação.

If the elevation difference is >40m with the tank inside this zone, thenetwork should be divided into two or more independent zones, connectbetween themselves, but with one or two entering points each

� Na transição entre zonas colocar Válvulas Redutoras de Pressão.

In the transition between zones should be instaled Pressure ReductionValves


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUADISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA / VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO (VRP)

Pressure Reduction Valves

Modo de funcionamento

1. Estado activo: sempre que a pressão a jusante for demasiadoelevada é accionado o dispositivo de obturação da válvula, reduzindo o valor da pressão a jusante até ao HVRP (carga de definição da válvula redutora de pressão), caso contrário abre;

2. Estado passivo: se a pressão a montante for insuficiente e inferior à carga dedefinição da VRP, a válvula abre totalmente, mantendo a montante e a jusante amesma pressão;

3. Válvula fechada – se a pressão a jusante for superior à pressão a montante, a válvulafecha totalmente funcionando como uma válvula de retenção (não permite a inversãodo escoamento).

HVRP

Hm

VRP

L.E.

Q

Hj

HmHVRP

Hm Hj

Estado activo Estado passivo Válvula fechadaActivo state Passive state Valve closed

Hj

VRP VRP

Q Q = 0

HVRP


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUADISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA / VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO (VRP)

� Tipos de Funcionamento

� VRP com carga constante - mantém a pressão constante e igual a um determinado valor;

� VRP com queda constante - introduz uma perda de carga localizada constante independente da pressão a montante;

� VRP com carga constante variável no tempo - análoga à VRP com carga constante a jusante, mas variando de intervalo para intervalo;

� VRP com carga ajustável automaticamente em função da variação dos consumos.

Hji+1

Hmi+1

Hmi

L.E.

L.E.Hj

i∆H

∆H

VRP

L.E.

HVRP

Hmi

Hmi+1

VRPVRP

Hmi+1

Hji+1(ti+1)

Hmi

L.E.

Hmi+1

L.E. Hji(ti)

VRP

Hji+1(Qi+1)

Hmi

L.E.

Hmi+1

L.E.

Hji(Qi))

VRP

Hji+2(Qi+2)

Hmi+2

L.E.

Redes.44



AULA 12

� Aula de Tutorial do EPANET

� Building the Model

Redes.45


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAREDES DE DISTRIBUIÇÃO / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO / EPANET 2.0

ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY

É um programa de computador que permite executar simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico e de qualidade da água de sistemas de distribuição em pressão

Permite obter:

� caudal em cada tubagem;

� pressão em cada nó;

� altura em cada reservatório de nível variável;

� concentração de substâncias na rede;

� idade da água;

� rastreio da origem da água.

Links:

EPA: http://www.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html#Description

LNEC: http://www.dha.lnec.pt/nes/epanet/#Downloads

Redes.46



CONSTRUÇÃO DO MODELOBUILDING THE MODEL


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / EPANET – CONFIGURAÇÕES INICIAISAlternativa 1 – Traçado em CAD e importação para EPANET

� Abertura do ficheiro .NET criado a partir do DXF – Ficheiro→ Importar→ rede→ “Nome.net”

� Configuração do projecto– Hidráulica

� Unidades de caudal (L/s)� Fórmula de perda de carga (H-W)� Factor de consumo = fp

� Visualização dos rótulos e símbolos– Ver → Opções…

(verificar todos os valores por defeito)� Notação: Mostrar ID dos nós e troços� Símbolos


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / EPANET – CONFIGURAÇÕES INICIAISAlternativa 2 – Traçado directo no EPANET

� Criação de um novo projecto– Ficheiro → Novo

� Configuração do projecto– Projecto → Valores por defeito– Rótulos do elementos– Propriedades:

� Diâmetros e rugosidade das tubagens

– Hidráulica � Unidades de caudal (l/s)� Formula de perda de carga (H-W)� Factor de consumo = fp

� Visualização dos rótulos e símbolos– Ver → Opções…

(verificar todos os valores por defeito)� Notação: Mostrar ID dos nós e troços� Símbolos


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / ELEMENTOS DO MODELO DO SISTEMA HIDRÁULICO

(i) Componentes físicos– Traçado– Nós

� Junções (elemento nó)� Reservatórios de nível fixo - RNF � Reservatórios de nível variável - RNV

– Trechos (troços)� Condutas � Bombas � Válvulas

(ii) Componentes não físicos– Parâmetros operacionais do sistema

� Curvas� Padrões temporais� Controlos

(iii) Solicitações do sistema (consumos e caudais)– Consumos médios nos nós

– Padrões de consumo


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOSTraçado do sistema e características dos elementos

� Mostrar a barra de ferramentas (se não visível)

– Ver → Barra de Ferramentas → Mapa → Principal e Mapa

– da esquerda para a direita

•Seleccionar objecto•Seleccionar vértice•Seleccionar Zona•Mover•Aumentar/diminuir•Restituir tamanho original

• Nó• Reservatórios de Nível Fixo (RNF)• Reservatórios de Nível Variável (RNV)• Tubagem• Bomba• Válvula• Rotulo


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOSTraçado do sistema e características dos elementos

� Traçado no EPANET | Drawing the network in EPANET

� Começar pelos reservatórios de nível fixo RNF e/ou de nível variável RNV (equivalem a nós) (start by ading tanks)

� Adicionar o(s) nó(s) que delimitam as condutas (add nodes)

� Adicionar as condutas (trechos rectos entre nós ou polylines) (add pipes linking nodes)

� Adicionar as bombas e as válvulas (add pumps and valves)

� Definição das características de cada elemento | defining the properties of each component

� Clicar no botão seleccionar objecto (select object tool)

� Clicar duas vezes em cima de cada objecto e definir as características uma a uma (double click on the objecct to change properties)� Para todos os elementos acima introduzidos

� Os campos com * são obrigatórios


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS (DO TIPO NÓ)

Reservatórios de nível fixo

RNF | reservoir

Nível da água | water level – total head

•Cota da superfície livre

•Considera-se que o reservatório é apoiado com 2-3 m de altura de água


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS (DO TIPO NÓ)

Nó de junção

Nó | node

Consumo base | Base demand

Valor médio do consumo da categoria principal

Valor negativo = existência de uma origem externa de caudal

Se for deixado em branco, assume-se consumo nulo.


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS (DO TIPO TRECHO)

Tubagem

Tubagem | pipes

Fórmula da Perda de Carga | head loss formulas•Hazen-Williams:

∆H= 4.727*(Q/C)1.852 / D4.841* L

•Darcy-Weisbach: ∆H= f * V2/2gD * L

•Chezy_Manning: ∆H= 4.66*(nQ)2 / D5.33* L

Rugosidades (Guia Técnico nº 5 ou ManualPT, p.26)

•Hazen-Williams: C = 110 – 150 m0,37s-1

•Darcy-Weisbach: ε = 0,001 – 3 mm

•Chezy_Manning: n = 1/Ks (m-1/3 s)


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS (DO TIPO TRECHO)

Válvula

Válvulas | Valves

Tipos* PRV (VRP) Pressure Reducing Valve (V.Red.PressãoJus.)

* PSV (VA ) Pressure Sustaining Valve (V. de alívio)PBV (VPCF) Pressure Breaker Valve (V.Perda de Carga Fixa)

* FCV (VRC) Flow Control Valve (V.Reg.Caudal) TCV (VB) Throttle Control Valve (V. de Borboleta)GPV (VG) General Purpose Valve (V.Genérica)

Parâmetro de Controlo | Contol parameter•Parâmetro necessário para descrever as condições de operação da válvula.Tipo de Válvula Parâmetro de Controlo

PRV (VRP) Pressão (m ou psi)PSV (VA ) Pressão (m ou psi)PBV (VPCF) Pressão (m ou psi)FCV (VRC) Caudal (unidades de caudal)TCV (VB) Coef. de Perda Carga Singular (adim.)GPV (VG) ID da curva de perda de carga

Coef. de perda de carga singular•Coeficiente de perda de carga singular quando a válvula está completamente aberta.

* Não podem ser ligadas em série, nem ligadas a reservatório (usar uma tubagem curta para os separar)

*PRV, PSV, PBV cannot be connected in series nor to a tank or reservoir (use a short pipe)


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACONSTRUÇÃO DO MODELO / RESULTADOS

� Executar a simulação

Run simulation

� Resultados – Gráfico | Graphical results

– Série temporal Isolinhas

� Resultados - Tabela (tem filtros)

e exportação para Excel

Table results


SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUADIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE REDES

Calculation steps

1) Introduce base demand in each node;

2) Introduce localized consumptions (schools, industries) to specific nodes;

3) Define Hydraulic parameters:

a) Flow units= LPS;

b) Head-loss formula = C-M;

c) Demand multiplier = instant peak factor for Qdim or 1,0 for fire fight simulation;

4) Define default Properties;

a) Auto-lenght = ON;

b) Diameters = D interior minimum;

c) Rugosity = n = 1/Ks (Manning-Strickler);

d) Save;

5) Open EPANET and import INP file;6) If new pipes will be introduced directly in EPANET Auto-length should be on7) Introduce node data:

a) Elevation;b) Base demand = Q average for that node;


8) Insert reservoir and connect to the network9) Run simulation and check errors. Negative pressures are expected due to

minimum D.10)Change Legend colors and range values for a better interpretation of

results.11)Change diameters iteratively until all pipes comply with máximum velocity

criteria12)Change water level in the reservoir until minimum pressure is achieved for

all nodes13)Check maximum pressure, using Demand Multiplier = 0.01;14)Introduce PRV if some nodes have pressures higher than maximum15)Check fire fight condition:

a) Add que fire fight flow to critical nodes (one at the time) and run simulation todetect negative pressures

b) Where negative pressures occur increase D.

16) Check minimum velocity for year 0 flow.

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUADIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE REDES

funções e tipos de redes de distribuição; topologia da ... · saneamento / fevereiro de 2012 1...

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